Kompiuterinė kompiuterija padeda mums daryti tai, ko nenorime arba negalime padaryti dėl sudėtingumo, dėl netyčinių klaidų tikimybės ir dėl laiko. Pvz., Didinant skaičių iki 128 laipsnio prote.

Kvantinio kompiuterio paskirtis ir naudojimas.

Kas yra kvantinis kompiuteris?

Galingiausias kvantinis kompiuteris (QC) yra - arba, tiksliau, būtų - visiškai kitoks mechanizmas, kitoks nei viskas, ką sukūrė žmogus. Šiuo metu galingiausi serveriai atrodo kaip tik nedidelė dalis to, ką galiausiai gali atlikti visavertis kvantinis kompiuteris.

Paprasčiau tariant, tyrimo tikslas kvantinės skaičiavimo srityje yra rasti būdų, kaip pagreitinti ilgų bangų instrukcijų vykdymą. Būtų neteisinga teigti, kad CC vykdo programas greičiau nei kompiuteris ar x86 serveris. „Programa“, skirta QC, yra visiškai kitokia kodavimo tvarka, nei kada nors egzistuoja dvejetainiam procesoriui. Po kompiuterių gimimo buvo atlikti sudėtingi fiziniai skaičiavimai, kurie 1940 m. Padėjo JAV sukurti atominę bombą. Išradus tranzistorių, šių sistemų matmenys buvo žymiai sumažinti. Tada atėjo idėja, kad lygiagrečiai procesoriai dirba kartu su užduotimis.

Kvantinis skaičiavimas yra tik kitas žingsnis. Yra daug problemų, su kuriomis šiuolaikiniai kompiuteriai reikalauja daug laiko, kad išspręstų, pavyzdžiui, sprendžiant linijinę lygčių sistemą, optimizuojant paramos vektorių parametrus, ieškant trumpiausio kelio per savavališką sekciją arba ieškant nestruktūrizuoto sąrašo. Tai dabar yra gana abstrakčios problemos, bet jei žinote šiek tiek apie algoritmus ar programavimą, galite pamatyti, kaip naudinga tai gali būti. Pavyzdžiui, grafikos procesoriai (GPU) buvo sukurti tik trikampių atvaizdavimui ir jų sujungimui į dviejų ar trijų dimensijų pasaulį. O dabar „Nvidia“ yra milijardo dolerio įmonė. Ar yra kokių nors kvantinių skaičiavimo technologijų ar kai kurių jos istorinių išvestinių priemonių, kurias žmonės dabar naudoja gerai? Kitaip tariant, ką iš tikrųjų daro kvantas ir kam jis tiesiogiai tarnauja?

Kas yra kvantinis kompiuteris?

Navigacija Tai yra viena iš pagrindinių kvantinių kompiuterių programų. GPS sistema negali dirbti bet kurioje planetos vietoje, ypač po vandeniu. QC reikalauja, kad atomai būtų peršaldyti ir sustabdyti tokioje būsenoje, kad jie būtų ypač jautrūs. Bandant pasinaudoti šia patirtimi, konkuruojančios mokslininkų komandos siekia sukurti tam tikrą kvantinio pagreičio matuoklį, kuris galėtų pateikti labai tikslius judesio duomenis. Didžiausią indėlį į pramonės plėtrą sudaro Prancūzijos fotonikos ir nanotechnologijų laboratorija. Ryškus pavyzdys yra bandymas sukurti hibridinį komponentą, kuris sujungia akselerometrą su klasikiniu ir tada naudoja aukšto leidimo filtrą, kad atimtų klasikinius duomenis iš kvantinių duomenų. Jei rezultatas bus įgyvendintas, jis bus labai tikslus kompasas, kuris pašalins skalės faktoriaus poslinkį ir nutolimą, paprastai susijusį su giroskopiniais komponentais.

Seismologija. Toks pat jautrumas gali būti naudojamas siekiant nustatyti naftos ir dujų telkinių buvimą, taip pat galimą seisminį aktyvumą tose vietose, kur dar nėra naudojami tradiciniai jutikliai. 2017 m. Liepos mėn. „Quantic“ parodė, kaip kvantinis gravimetras aptinka giliai paslėptų objektų buvimą, matuojant svyravimus gravitaciniame lauke. Jei toks prietaisas yra ne tik praktiškas, bet ir nešiojamas, komanda mano, kad ji gali tapti neįkainojama ankstyvo įspėjimo sistemoje, skirtoje prognozuoti seisminius įvykius ir cunamius. Farmacija. Pirmoje vietoje yra moksliniai tyrimai kovojant su tokiomis ligomis kaip Alzheimerio liga ir išsėtinė sklerozė; mokslininkai naudoja programinę įrangą, kuri imituoja dirbtinių antikūnų elgesį molekuliniu lygmeniu.

Fizika Iš tikrųjų tai yra priežastis, kodėl ši sąvoka egzistuoja. Savo kalboje 1981 m. Caltech'e, kvantinės elektrodinamikos tėvas (QED), profesorius Richardas Feynmanas teigė, kad vienintelis būdas sėkmingam fizinio pasaulio modeliavimui kvantiniu lygmeniu yra mašina, kuri laikosi kvantinės fizikos ir mechanikos įstatymų. Šią kalbą profesorius Feynmanas paaiškino, o kitas pasaulis suprato, kad neužtenka kompiuterio sukurti tikimybės lentelę ir kaip sukti kauliukus. Be to, norint gauti rezultatų, kuriuos patys fizikai nepaskambintų apokriumu, reikės mechanizmo, kuris elgtųsi taip pat kaip elgesys, kurį jis ketino imituoti.

Mašinų mokymas. Pagrindinė rėmėjų teorija yra ta, kad tokios sistemos gali būti pritaikytos „studijuoti“ valstybės modelius didžiulėse lygiagrečiose bangose, o ne iš eilės. Įprasta matematika gali apibūdinti tikėtinų rezultatų rinkinį vektorių pavidalu laukinės konfigūracijos erdvėje. Iššifravimas Galų gale, tai yra proveržis, kuris paskatino pirmąjį ryškią šviesą tokiems skaičiavimams. Dėl to šifravimo kodai taip sudėtingi, net ir šiuolaikiniams klasikiniams kompiuteriams, todėl jie yra pagrįsti labai dideliu veiksnių skaičiumi, kuriems reikalingas pernelyg ilgas laikas atspėti pagal suderinimo metodą. Dirbantysis QC turi išskirti ir identifikuoti tokius veiksnius per keletą minučių, todėl RSA kodavimo sistema yra pasenusi.

Šifravimas Koncepcija, vadinama kvantinio rakto pasiskirstymu (QKD), suteikia teorinę viltį, kad šiandien naudojamų viešųjų ir privačių raktų tipai šifravimui gali būti pakeisti raktais, kuriems taikomi sukibimo efektai. Teoriškai, bet kuri trečioji šalis, kuri krekingo raktą ir bandė skaityti pranešimą, iš karto sunaikintų pranešimą visiems. Žinoma, tai gali pakakti. Tačiau QKD teorija remiasi didžiule prielaida, kuri dar turi būti išbandyta realiame pasaulyje: kad sujungtos qubitų gautos vertybės patys yra susietos ir veikiamos, kad ir kur jie vyktų.

Koks skirtumas tarp kvantinio kompiuterio ir paprasto?

Klasikinis kompiuteris atlieka skaičiavimus naudodamasis bitais, kurie yra 0 („išjungta“) ir 1 („įjungta“). Jis naudoja tranzistorius, kad apdorotų informaciją nulinių ir vadinamųjų kompiuterinių dvejetainių kalbų sekomis. Daugiau tranzistorių, daugiau apdorojimo galimybių - tai pagrindinis skirtumas. QC naudoja kvantinės mechanikos įstatymus. Kaip klasikinis kompiuteris, kuris naudoja nulius ir tuos. Šias būsenas galima pasiekti dalelėse dėl jų vidinio kampinio momento, vadinamo sukimu. Galinėse dalelėse gali būti pateikiamos dvi 0 ir 1 būsenos. Pavyzdžiui, pagal laikrodžio rodyklę sukasi 1, o prieš laikrodžio rodyklę - 0. QC naudojimo privalumas yra tas, kad dalelė gali būti keliose valstybėse tuo pačiu metu. Šis reiškinys vadinamas superpozicija. Dėl šio reiškinio QC vienu metu gali pasiekti 0 ir 1 būseną. Taigi klasikiniame kompiuteryje informacija yra išreikšta vienu skaičiumi 0 arba 1. QC naudoja išėjimus, kurie tuo pačiu metu apibūdinami kaip 0 ir 1. Tai suteikia didesnę skaičiavimo galią.

Kaip veikia kvantinis kompiuteris

Kvantinis skaičiavimas - tai skaičiavimas naudojant kvantinius mechaninius reiškinius, tokius kaip superpozicija ir susiliejimas. QC yra įrenginys, atliekantis kvantinę kompiuteriją ir susidedantis iš mikroprocesorių. Toks kompiuteris visiškai skiriasi nuo dvejetainių skaitmeninių elektroninių kompiuterių, pagrįstų tranzistoriais ir kondensatoriais. Nors tradiciniai skaitmeniniai skaičiavimai reikalauja, kad duomenys būtų koduojami į dvejetainius skaitmenis (bitus), kurių kiekvienas visada yra vienoje iš dviejų konkrečių būsenų (0 arba 1), kvantinis skaičiavimas naudoja bitus arba qubitus, kurie gali būti superpozicijoje. Kvantinio Turingo aparato įrenginys yra teorinis tokio kompiuterio modelis, kuris taip pat žinomas kaip universalus QC. Kvantinės skaičiavimo plotą pradėjo Paulo Benioffo ir Jurio Manino darbai 1980 m., Richardas Feynmanas 1982 m. Ir Davidas Deutsch 1985 m.

Kvantinio kompiuterio principas

Nuo 2018 m. Kvantinių kompiuterių veikimo principas vis dar yra pradiniame etape, tačiau buvo atlikti eksperimentai, kuriuose buvo atliekamos kvantinės skaičiavimo operacijos su labai nedideliu kiekiu kvantinių bitų. Tiek praktiniai, tiek teoriniai tyrimai vyksta, o daugelis nacionalinių vyriausybių ir karinių agentūrų finansuoja kvantinių skaičiavimų tyrimus papildomomis pastangomis plėtoti kvantinius kompiuterius civiliniams, verslo, prekybos, aplinkosaugos ir nacionaliniams saugumo tikslams, pavyzdžiui, kriptoanalizei. Didelės apimties kvantiniai kompiuteriai teoriškai galėtų dirbti tam, kad išspręstų tam tikras problemas daug greičiau nei bet kurie klasikiniai kompiuteriai, kurie iki šiol naudoja net geriausius algoritmus, pvz.

Yra kvantiniai veiksmai, tokie kaip Simono algoritmas, kuris veikia greičiau nei bet koks galimas tikimybinis klasikinis algoritmas. Klasikinis kompiuteris iš esmės (su eksponentiniais ištekliais) gali modeliuoti kvantinį algoritmą, nes kvantinis skaičiavimas nepažeidžia Bažnyčios-Turingo darbų. Kita vertus, kvantiniai kompiuteriai gali efektyviai išspręsti problemas, kurios klasikiniuose kompiuteriuose yra praktiškai neįmanoma.